CN105240897A - 一种用于供热系统的蓄热调峰装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于供热系统的蓄热调峰装置，涉及一种利用蓄热的手段，增强供热系统的自适应性能、简化控制流程，实现高效、低成本运行的供热系统和方法。该装置包括供水段换热管(1)、回水段换热管(2)、蓄热/换热模块(3)，供水段换热管(1)连接系统的供水管、回水段换热管(2)连接系统的回水管；蓄热/换热模块(3)中设有蓄热体，所述蓄热体采用相变蓄热材料、相变温度Tx0设定为供水段换热管(1)的进水温度和回水段换热管(2)的回水温度之间。采用高位蓄热、低位放热的手段，合理消化由相变蓄热带来的换热温差，并增加系统实际运行的进回水温差。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用蓄热的手段，增强供热系统的自适应性能、简化控制流程，实现高效、低成本运行的供热系统和方法。属于供热系统设计和控制的技术领域。
背景技术
随着中国供热计量改革的不断开展，集中供热系统的系统结构发生了很大的变化。为适应这种结构变化，对于系统的调控能力和自动化程度都提出了很高的要求。
供热计量改革的一个主要目标就是节能，在这样的大前提下，对集中供热系统的而言，就是要实现两点：热源“按需供热”、热用户“按需用热”。
按需供热，简单说就是热源根据实际的用热需求供给热量，同时各级热网都尽可能采取“大温差、小流量”的运行模式。这样供热系统的运行能耗就会得到较好的控制。
按需用热，换言之就是要“热尽其用”，其最终目的在于降低系统总热负荷。按需用热主要体现在以下两个方面：
1．消除“过热户”，在保证系统中各终端用户的舒适性的同时降低实际的总热负荷；
2．通过“行为节能”，即尽可能减少对于无用热需求的时段和区域的供热，“行为节能”的可行性与供热计量的成败有密切的关系。
现有的集中供热系统也经历了从恒流量系统到变流量系统的转变。随着供热计量改革的不断开展，以变流量系统为基础产生了很多节能运行方法和措施。（详见参考资料1中的平衡调节方法分类表）
然而现有系统仍然存在一些问题，这些问题仍然是由系统末端负荷的波动导致的：
1、系统结构复杂，运行和维护的成本较高；
2、系统惯性较大，对于“行为节能”的支持比较有限；
3、运行过程中会出现一定的偏差、系统进回水温差缩小，导致系统能耗增加。
从日热负荷曲线对比图（图1）可以看出，无论按面积收费（La）或计量收费（Lb），供热负荷在全天范围内均呈现峰谷波动。区别是在计量收费之后，因为末端人为调节因素的影响，峰谷波动的幅度增加（参照参考资料2）。
以下对三种集中供热的水力系统进行对比分析（见图2日流量曲线图）：
1、传统的定流量系统（L1）：大流量输配，各个节点的回水温度极不稳定、温差小流量大；
2、变流量系统（L2）：运行良好的变流量系统（智慧热网），流量变化曲线与热负荷曲线走势很接近，但系统结构和控制都比较复杂、各个节点的回水温度仍会有一定的波动；
3、理想定流量系统（L3）：按日平均负荷定流量运行，控制简单、流量稳定。实现该系统的前提条件是：主网不负责对末端负荷的峰谷调节、并需要通过末端自主控制各个节点回水温度、保持适当的进回水温差。
参考资料：
1．供热系统平衡性调节分析高向升张子君宋立轩区域供热2012.6期
2．论供热计量的推广与供热管网运行许维波区域供热2011.6期
3．楼宇换热站技术特点与应用分析王力杰;庞印成;辛奇云区域供热2014.6期。
发明内容
为解决现有的集中供热系统的问题，本发明的技术方案是，通过设置蓄热/换热模块3吸收系统中热负荷的波动、实现移峰填谷。蓄热/换热模块3中设有蓄热体，所述蓄热体采用相变蓄热材料。相变蓄热也称为潜热蓄热，蓄热密度大于显热蓄热，而且放热温度恒定、性能稳定。如图2所示，在变流量系统L2和定流量系统L3之间形成A、B、C、D四个峰谷差区域，两个波峰、两个波谷，A和B相互抵消、C和D相互抵消。因此，当系统中设置的相变蓄热模块的总蓄热量大于峰谷差区域对应的热量、并有一定比例的富余量时，即具备自适应的调峰能力。
现有的相变蓄热调峰装置（如图3所示），包括热源8、蓄热/换热模块3、用户末端系统9，蓄热/换热模块3设置于供水段，当用户侧负荷处于低谷时，由蓄热/换热模块3中的相变蓄热体吸收过剩的热量并存储起来，当用户侧负荷处于高峰时，由蓄热/换热模块3中的相变蓄热体作为辅助热源释放热量加热循环工质，从而实现移峰填谷。
但是，由于相变蓄热材料放热温度恒定，因此对于系统的供水温度形成了限制，现有的系统多应用于靠近热源端的位置、且要求热源的供水温度相对稳定。而在很多集中供热系统中，供/回水温度参数在初/末寒期和严寒期是不同的，有时候差距会达到±20-40℃（详见参考资料1）。因此，如果单纯将相变蓄热材料应用于供水段进行蓄热/放热，不仅存在换热温差导致热源品位的下降；而且相变蓄热材料的相变温度也很难选择，难以适应不同时期的系统供水温度的变化。
因此，本发明采用以下两种模式解决相变蓄热材料的适应性问题，这两种模式的结构可以单独应用或组合应用：
模式一：如图4所示，该装置包括供水段换热管1、回水段换热管2、蓄热/换热模块3，供水段换热管1连接系统的供水管、回水段换热管2连接系统的回水管；蓄热/换热模块3中设有蓄热体，所述蓄热体采用相变蓄热材料、相变温度Tx0设定为供水段换热管1的进水温度和回水段换热管2的回水温度之间；
其中，供水段换热管1和回水段换热管2设置于蓄热/换热模块3的蓄热体之内，通过蓄热体吸收热负荷的波动、实现移峰填谷。
当系统处于低谷负荷时，接通供水段换热管1利用系统的高温供水对蓄热/换热模块3中的蓄热体补充热量、从而降低供水温度、并降低系统的供热能力；
当系统处于高峰负荷时，接通回水段换热管2从蓄热/换热模块3中的蓄热体吸取热量，对系统的低温回水进行加热、从而提高回水温度、并提高系统的供热能力。
供水段换热管1与供水回路相连，回水段换热管2与回水回路相连（实线箭头方向为供水方向，虚线箭头方向为回水方向）。所述的供水回路与回水回路可以是相互连通的同级回路，或者是相互不连通的不同级回路，其共同点是供水回路的供水温度高于回水回路的回水温度，使得蓄热/换热模块3实现高位蓄热、低位放热。
如图4所示，在供水端设置一个或一组调节阀F1和供水段跨越管11、在回水端上设置一个或一组调节阀F2和回水段跨越管12，其中调节阀F1和调节阀F2可以是三通调节阀。系统的工作状态为以下四种中的一种或多种的组合：
热平衡状态：当热源侧供给的热量与用户侧热负荷相当时，将调节阀F1接通供水段跨越管11，并且调节阀F2接通回水段跨越管12，此时不通过蓄热/换热模块3进行蓄热或换热；
放热+蓄热状态：当热源侧供给的热量高于用户侧热负荷时，控制系统根据供热量与用户侧热负荷差异对调节阀F1进行调整，使得供水段中部分或全部循环工质流经蓄热/换热模块3，为蓄热/换热模块3的蓄热体蓄热、并使得用户侧进水温度降低、从而降低用户侧散热能力；并且调节阀F2接通回水段跨越管12，使得回水段不通过蓄热/换热模块3换热，而是通过回水段跨越管12直接回流；
强化放热状态：当热源侧供给的热量低于用户侧热负荷时，调节阀F1接通进水段跨越管，使得进水段不通过蓄热/换热模块3换热，而是通过进水段跨越管11直接输出；并且根据供热量与用户侧热负荷差异的大小对调节阀F2进行调整，使得回水段中部分或全部循环工质流经蓄热/换热模块3，从蓄热/换热模块3的蓄热体中吸取热量、使得回水段的回水温度提高、从而提升系统的供热量；
内循环状态：当热源侧中断热量供给时，由蓄热/换热模块3中的蓄热体作为热源，当供水段和回水段属于相互连通的同一级回路时，调节阀F1接通供水段换热管1，供水段完全通过蓄热/换热模块3对循环工质进行加热，并且调节阀F2接通回水段换热管2，回水段完全通过蓄热/换热模块3对循环工质进行加热；当供水段和回水段不属于同一级回路时，只能以调节阀F2接通回水段换热管2，使得回水段完全通过蓄热/换热模块3对循环工质进行加热。
原则上除了系统的工作状态转换的时间节点之外的大部分情况下，系统同一时间中只对调节阀F1或调节阀F2其中的之一进行动态调节，另一个则处于固定状态，这样就简化了控制系统、提高了稳定性。
模式二：该装置包括蓄热/换热模块3、热源侧换热管4、用户侧换热管5，其中：
蓄热/换热模块3至少分为两个模块，即第一换热模块和第二换热模块，第一换热模块和第二换热模块中都设有蓄热体，第一换热模块和第二换热模块为串联结构或并联结构，即热源侧换热管4以串联或并联的结构分别通过第一换热模块和第二换热模块；同时，用户侧换热管5也以串联或并联的结构分别通过第一换热模块和第二换热模块（如图8、图9所示）；
所述蓄热体采用相变蓄热材料，其中第一换热模块中的蓄热体的相变温度Tx1高于第二换热模块中的蓄热体的相变温度Tx2；
在热源侧换热管4上设置一个或一组热源侧调节阀F3，用于分配热源侧循环工质进入第一换热模块和第二换热模块的流量；在用户侧换热管5上设置一个或一组用户侧调节阀F4，用于分配用户侧循环工质进入第一换热模块和第二换热模块的流量；
当供热系统设定的热源侧供水温度Tg1和热源侧回水温度Th1发生变化时，通过热源侧调节阀调整热源侧循环工质进入第一换热模块和第二换热模块的流量比例、以维持热源侧回水温度Th1的稳定；此时第一换热模块和第二换热模块中的蓄热体蓄热比例存在差异；应通过用户侧调节阀同步调整用户侧循环工质进入第一换热模块和第二换热模块的流量比例，从而均衡使用第一换热模块和第二换热模块中的蓄热体蓄存的热量。
本发明改变了现有变流量系统以流量调节为主的运行方法，通过蓄热的方法自动平衡末端热负荷的波动。热源侧按照平均热负荷供给热量、用户侧以自适应的质调节为主、量调节为辅或者实现分阶段的定流量运行。系统运行的复杂度降低、稳定性得以提升。
为增强系统的性能，可以在系统中设置电加热器与蓄热/换热模块3配合使用，当热源1中断或终止供热时，以电加热器作为辅助热源。当热源中断，或者供水温度低于相变温度的极端情况下，利用谷电蓄能供热或作为辅助热源。
并且可以在蓄热/换热模块3的蓄热体中设置生活热水热换热管，生活热水热换热管连接生活热水系统，吸取蓄热/换热模块3中存储的热量对生活热水进行加热。
本发明的有益效果是：
1、通过蓄热实现高效率的定流量运行模式；
2、热源采用阶段性的定流量输配，热力输配成本低；
3、采用高位蓄热、低位放热的手段，合理消化由相变蓄热带来的换热温差，并增加系统实际运行的进回水温差，实现“大温差、小流量”的节能运行模式；
4、蓄热模式可以最大限度的消除因为“行为节能”导致的末端负荷的剧烈波动，实现移峰填谷，有利于实现和推进“行为节能”。
附图说明
附图1：日热负荷曲线对比图
附图2：三种集中供热系统的日流量曲线对比图
附图3：现有集中蓄热调峰系统原理图
附图4：本发明的蓄热调峰装置原理图
附图5：本发明的蓄热调峰装置结构图（模式一的一级系统应用）
附图6：本发明的蓄热调峰装置结构图（模式一的两级系统应用越级蓄热/换热结构）
附图7：本发明的蓄热调峰装置结构图（模式一的两级系统应用二次侧蓄热/换热结构）
附图8：本发明的蓄热调峰装置结构图（模式二串联结构）
附图9：本发明的蓄热调峰装置结构图（模式二并联结构）
附图10：本发明的蓄热/换热模块3中的换热管在供水段与回水段间切换应用的结构图
图中：实线箭头方向为系统供水方向，虚线箭头方向为系统回水方向。
具体实施方式
实施例1：
当本发明的蓄热调峰装置应用于热源端（如集中供热锅炉）时，可以采用一级系统模式（如图5所示），系统包括：热源8、用户末端系统9，蓄热/换热模块3设置于热源8与用户末端系统9之间；
在热源8的供水端上设置一个或一组调节阀F1和供水段跨越管11、在热源8的回水端上设置一个或一组调节阀F2和回水段跨越管12；其连接顺序为：
热源8→热源供水端→调节阀F1→蓄热/换热模块3中的供水段换热管1/供水段跨越管11→热力管网→用户末端系统9→热力管网→调节阀F2→蓄热/换热模块3中的回水段换热管2/回水段跨越管12→热源回水端→热源8；
其中调节阀F1和调节阀F2可以是三通调节阀、通过改变阀的开度分配两个分支回路的流量。通过调节阀F1和调节阀F2控制蓄热/换热模块3中的蓄热体进行蓄热或放热，从而吸收用户侧热负荷的波动、实现移峰填谷。
并且，如图10所示，蓄热/换热模块3中的供水段换热管1和回水段换热管2可以合二为一、即为供水段/回水段换热管，通过调节阀进行回路切换。其中Fa、Fb为同步工作的三通换向阀，在蓄热模式下，回水回路中调节阀F2接通回水段跨越管12直接回流，蓄热/换热模块3中的供水段/回水段换热管通过Fa、Fb接通供水回路、供水回路中调节阀F1动态调节供水段蓄热的流量比例；在放热模式下，供水回路中调节阀F1接通供水段跨越管11直接输出，蓄热/换热模块3中的供水段/回水段换热管通过Fa、Fb接通回水回路、回水回路中调节阀F2动态调节对回水加热的流量比例。
以集中供热锅炉为例，如果供热季中供水温度Tg1为110-90℃之间、回水温度Th1对应为60-50℃之间，蓄热/换热模块3中的蓄热体相变温度Tx0则设定为80℃。在此区间内，无论热源的供回水温度如何变化，蓄热/换热模块3均可以稳定的工作。
以系统的回水温度Th1作为调节的依据，具体过程如下：
当热源侧供给的热量与用户侧热负荷相当时，系统的供水温度Tg1和回水温度Th1与设定值相同，则蓄热/换热模块3可以不工作；
当用户侧热负荷降低时，系统的回水温度Th1逐渐升高并偏离设定值，此时通过调节阀F1逐步增加流过供水段换热管1的流量、为蓄热/换热模块3蓄热，并使得系统的实际供水温度Tg2下降、进而带动系统的回水温度Th1也下降到设定值；
当用户侧热负荷升高时，系统的回水温度Th1逐渐降低并偏离设定值，此时通过调节阀F2逐步增加流过回水段换热管2的流量、用蓄热/换热模块3加热系统回水，并使得系统的实际回水温度Th2上升并回升到设定值、从而增强系统的供热能力；
通过以上调节过程，可以使得系统获得稳定的回水温度和进回水温差，实现“大温差、小流量”的节能运行。
实施例2：
现有的楼宇换热站，取消了二次网、采用一次网直接接入楼宇（见参考资料3）。该系统由板式换热器系统和楼宇变流量控制系统组成，其中楼宇变流量控制系统的成本较高。
可以采用本发明的两级系统模式，替代楼宇变流量控制系统、降低成本。该系统包括：热源8、一次供水管13、一次回水管14、一次/二次换热器15、二次供水管16、二次回水管17、用户末端系统9，蓄热/换热模块3设置于热源8与末端系统9之间；其中一次/二次换热器15为间壁式换热器，可以是板式换热器、管式换热器或翅片式换热器。系统运行时，由一次/二次换热器15完成主要的换热工作，同时由蓄热/换热模块3吸收用户侧热负荷的波动、实现移峰填谷。
在供水端设置一个或一组调节阀F1和供水段跨越管11、在回水端上设置一个或一组调节阀F2和回水段跨越管12；其结构分为以下两种：
结构一：越级蓄热/换热结构（如图6所示），其连接顺序为：
一次侧：热源8→一次供水管13→调节阀F1→蓄热/换热模块3中的供水段换热管1/供水段跨越管11→一次/二次换热器15→一次回水管14→热源8；或者是：热源8→一次供水管13→一次/二次换热器15→调节阀F1→蓄热/换热模块3中的供水段换热管1/供水段跨越管11→一次回水管14→热源8；
二次侧：一次/二次换热器15→二次供水管16→用户末端系统9→二次回水管17→调节阀F2→蓄热/换热模块3中的回水段换热管2/回水段跨越管12→一次/二次换热器15；
结构二：二次侧蓄热/换热结构（如图7所示），其连接顺序为：
一次侧：热源8→一次供水管13→一次/二次换热器15→一次回水管14→热源8；
二次侧：一次/二次换热器15→调节阀F1→蓄热/换热模块3中的供水段换热管1/供水段跨越管11→二次供水管16→用户末端系统9→二次回水管17→调节阀F2→蓄热/换热模块3中的回水段换热管2/回水段跨越管12→一次/二次换热器15。
采用越级蓄热/换热结构，优点是蓄热/换热模块3中蓄热体的相变温度Tx0选择范围更宽，可以适当提升蓄热品位、可以利用的换热温差较大、并适用于热源侧供水温度波动较大的场合。此时，蓄热/换热模块3的蓄热过程位于一次侧，而蓄热/换热模块3的放热过程位于二次侧。
采用二次侧蓄热/换热结构，优点是蓄热/换热模块3的蓄热和放热过程都体现在二次侧，不受一次/二次换热器15的干扰，调节的精度更高，但是可以利用的换热温差较小。此时，一次/二次换热器15的换热量即为二次系统的供热量，首先通过一次/二次换热器15对二次系统供热量进行总量控制，然后再通过调节阀控制蓄热/换热模块3中的蓄热体进行蓄热/放热，吸收用户侧热负荷的波动。并且，采用二次侧蓄热/换热结构时，蓄热/换热模块3中的供水段换热管1和回水段换热管2可以合二为一，通过调节阀进行回路切换（见图10）。
甚至，可以增加控制阀、实现回路切换的手段，在采暖季中不同的阶段，系统结构可以在越级蓄热/换热结构与二次侧蓄热/换热结构之间进行切换，从而发挥这两种结构各自的特点和优势。
以上所述的运行方式，通过蓄热/换热模块3的蓄热/放热，降低用户侧供水温度Tg2或对用户侧回水温度Th2进行预热升温，从而自动适应用户侧负荷变小/变大。用户侧系统运行为流量无关的质调节为主的模式、替代了成本较高的变流量控制系统，系统的水力平衡性能较好，并能够较好的完成用户侧负荷的均衡。
该实施例不仅可以用于楼宇换热站，也可以应用于终端用户系统中，设置于终端用户的热入口处即可。
实施例3：
本发明的装置可以直接应用于终端用户，例如对于分户成环供热系统中，将本发明的装置设置于终端用户的热入口处。由于终端用户末端系统的情况比较复杂，因此应给用户提供具有灵活性的系统，以适应不同的应用环境，这样的系统设置也为用户的“行为节能”提供了便利。
在此，采用发明内容中所述的“模式二”的结构：
蓄热/换热模块3至少分为两个模块，即第一换热模块3a和第二换热模块3b，第一换热模块3a和第二换热模块3b中都设有蓄热体，蓄热体采用相变蓄热材料，其中第一换热模块3a中的蓄热体的相变温度Tx1高于第二换热模块3b中的蓄热体的相变温度Tx2。
第一换热模块3a和第二换热模块3b为串联结构或并联结构，即热源侧换热管4以串联或并联的结构分别通过第一换热模块3a和第二换热模块3b；同时，用户侧换热管5也以串联或并联的结构分别通过第一换热模块3a和第二换热模块3b。在热源侧换热管4上设置一个或一组热源侧调节阀F3和供水段跨越管11，用于分配热源侧循环工质进入第一换热模块3a和第二换热模块3b的流量；在用户侧换热管5上设置一个或一组用户侧调节阀F4和回水段跨越管12，用于分配用户侧循环工质进入第一换热模块3a和第二换热模块3b的流量。在用户侧回路中设有循环泵，用于维持用户侧水循环。
图8所示为串联结构，其中：
热源侧换热管4分为第一换热模块内的热源侧换热管4a和第二换热模块内的热源侧换热管4b；用户侧换热管5分为第一换热模块内的用户侧换热管5a和第二换热模块内的用户侧换热管5b；
调节阀F3分为第一换热模块供水调节阀F3a和第二换热模块供水调节阀F3b，调节阀F4分为第二换热模块回水调节阀F4b和第一换热模块回水调节阀F4a，所述调节阀为三通调节阀，通过改变阀的开度分配两个分支回路的流量；
供水段跨越管11分为第一换热模块供水段跨越管11a和第二换热模块供水段跨越管11b，回水段跨越管12分为第二换热模块回水段跨越管12b和第一换热模块回水段跨越管12a；
连接顺序是：
热源侧：热源供水口（温度Tg1）→F3a→4a/11a→F3b→4b/11b→热源回水口（温度Th1）；
用户侧：用户回水口（温度Th2）→F4b→5b/12b→F4a→5a/12a→用户回水口（温度Tg2）。
图9所示为并联结构，其中：
热源侧换热管4分为第一换热模块内的热源侧换热管4a和第二换热模块内的热源侧换热管4b；用户侧换热管5分为第一换热模块内的用户侧换热管5a和第二换热模块内的用户侧换热管5b；还包括供水段跨越管11和回水段跨越管12；
调节阀F3和调节阀F4为三通调节阀，通过改变阀的开度分配两个分支回路的流量；
连接顺序是：
热源侧：热源供水口（温度Tg1）→F3→4a/（11a→4b）→热源回水口（温度Th1）；
用户侧：用户回水口（温度Th2）→F4→5b/（12b→5a）→用户回水口（温度Tg2）。
系统运行参数设定为：
热源侧供水温度Tg1和热源侧回水温度Th1与Tx1、Tx2的关系为：Tg1＞Tx1＞Th1＞Tx2；
用户侧供水温度Tg2和用户侧回水温度Th2与Tx1、Tx2的关系为：Tx1≥Tg2＞Tx2≥Th2。
（当用户侧为终端用户时，热源侧一般对应于集中供热的二次热力网，供水温度比一次热力网低，进回水温差为10-25℃之间。）
以下举例说明，将蓄热体的相变温度Tx1设定为55℃、Tx2设定为40℃时：
正常情况下，热源侧供水温度Tg1高于65℃即可、热源侧回水温度Th1高于40℃即可；用户侧供水温度Tg2可以与相变温度Tx1基本相同、用户侧回水温度Th2可以低于相变温度Tx2；这样，系统运行的适应性较强，可以适应不同条件下热源侧供回水温度参数的波动，并且有助于稳定热源侧的供回水温差，实现“大温差、小流量”的节能运行。
当热源侧供水温度Tg1低于60℃、高于45℃时，此时第一换热模块3a作用降低甚至失效，主要由第二换热模块3b起作用，由于低供水温度对应的工况是低负荷工况、蓄热量需求也较小，因此只使用第二换热模块3b也可以维持系统的正常运作。
在初/末寒期、或采暖季节前后的过渡季节中，会遇到一些特殊情况：如热源中断或终止供热、或者热源侧供水温度Tg1接近或低于第二换热模块3b中的蓄热体的相变温度Tx2，此时蓄热体的蓄热/放热能力都大打折扣。由于此时用户的热负荷较低，因此可以通过电加热器为蓄热/换热模块3的蓄热体充热（优先利用谷电时间段），即可用蓄热/换热模块3作为热源使用，这样就满足了部分用户的个性化需求、或可作为应急措施。
为了尽量提升用户侧的供水温度、减少换热温差的损失；并且减少相变蓄热材料的相变次数、延长相变蓄热材料的使用寿命，热源侧换热管4与用户侧换热管5在蓄热体中处于邻近位置、或为交错排布，便于直接换热、以增加换热量。即在处于蓄热状态时先直接换热、再蓄热，这样通过直接换热可以提高换热效率、有助于缩小换热管的尺寸。
由于第二换热模块3b储存的热能品位较低，有时无法与采暖系统完全匹配，如果此部分的热能不能及时释放，则该模块就无法实现持续性的调节作用。因此，采用直接对流散热的方式释放这部分的热能。即在第二换热模块3b的蓄热体上设置散热片和风机，由风机带动室内空气与蓄热体进行热交换，释放第二换热模块3b中储存的热量、提升室内温度。
当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (10)
1.一种用于供热系统的蓄热调峰装置，其特征在于：该装置包括供水段换热管(1)、回水段换热管(2)、蓄热/换热模块(3)，供水段换热管(1)连接系统的供水管、回水段换热管(2)连接系统的回水管；蓄热/换热模块(3)中设有蓄热体，所述蓄热体采用相变蓄热材料、相变温度Tx0设定为供水段换热管(1)的进水温度和回水段换热管(2)的回水温度之间；
其中，供水段换热管(1)和回水段换热管(2)设置于蓄热/换热模块(3)的蓄热体之内，通过蓄热体吸收热负荷的波动、实现移峰填谷：
当系统处于低谷负荷时，接通供水段换热管(1)利用系统的高温供水对蓄热/换热模块(3)中的蓄热体补充热量、从而降低供水温度；
当系统处于高峰负荷时，接通回水段换热管(2)从蓄热/换热模块(3)中的蓄热体吸取热量，对系统的低温回水进行加热、从而提高回水温度。
2.根据权利要求1所述的一种用于供热系统的蓄热调峰装置，其特征在于：当该装置应用于一级系统时，系统包括：热源(8)、用户末端系统(9)，蓄热/换热模块(3)设置于热源(8)与用户末端系统(9)之间；
在热源(8)的供水端上设置一个或一组调节阀F1和供水段跨越管(11)、在热源(8)的回水端上设置一个或一组调节阀F2和回水段跨越管(12)；其连接顺序为：
热源(8)→热源供水端→调节阀F1→蓄热/换热模块(3)中的供水段换热管(1)/供水段跨越管(11)→热力管网→用户末端系统(9)→热力管网→调节阀F2→蓄热/换热模块(3)中的回水段换热管(2)/回水段跨越管(12)→热源回水端→热源(8)；
通过调节阀F1和调节阀F2控制蓄热/换热模块(3)中的蓄热体进行蓄热或放热，从而吸收用户侧热负荷的波动、实现移峰填谷。
3.根据权利要求1所述的一种用于供热系统的蓄热调峰装置，其特征在于：当该装置应用于两级系统时，系统包括：热源(8)、一次供水管(13)、一次回水管(14)、一次/二次换热器(15)、二次供水管(16)、二次回水管(17)、用户末端系统(9)，蓄热/换热模块(3)设置于热源(8)与末端系统(9)之间；
在供水端设置一个或一组调节阀F1和供水段跨越管(11)、在回水端上设置一个或一组调节阀F2和回水段跨越管(12)；其结构分为以下两种：
结构一：越级蓄热/换热结构，其连接顺序为：
一次侧：热源(8)→一次供水管(13)→调节阀F1→蓄热/换热模块(3)中的供水段换热管(1)/供水段跨越管(11)→一次/二次换热器(15)→一次回水管(14)→热源(8)；或者是：热源(8)→一次供水管(13)→一次/二次换热器(15)→调节阀F1→蓄热/换热模块(3)中的供水段换热管(1)/供水段跨越管(11)→一次回水管(14)→热源(8)；
二次侧：一次/二次换热器(15)→二次供水管(16)→用户末端系统(9)→二次回水管(17)→调节阀F2→蓄热/换热模块(3)中的回水段换热管(2)/回水段跨越管(12)→一次/二次换热器(15)；
结构二：二次侧蓄热/换热结构，其连接顺序为：
一次侧：热源(8)→一次供水管(13)→一次/二次换热器(15)→一次回水管(14)→热源(8)；
二次侧：一次/二次换热器(15)→调节阀F1→蓄热/换热模块(3)中的供水段换热管(1)/供水段跨越管(11)→二次供水管(16)→用户末端系统(9)→二次回水管(17)→调节阀F2→蓄热/换热模块(3)中的回水段换热管(2)/回水段跨越管(12)→一次/二次换热器(15)。
4.根据权利要求2、3所述的一种用于供热系统的蓄热调峰装置，其特征在于：当供水段换热管(1)和回水段换热管(2)处于相互连同的同一级回路时，蓄热/换热模块(3)中的供水段换热管(1)和回水段换热管(2)可以合二为一、即为供水段/回水段换热管，通过调节阀进行回路切换；其中包括同步工作的三通换向阀Fa、Fb，在蓄热模式下，回水回路中调节阀F2接通回水段跨越管(12)直接回流，蓄热/换热模块(3)中的供水段/回水段换热管通过Fa、Fb接通供水回路、供水回路中调节阀F1动态调节以供水蓄热的流量比例；在放热模式下，供水回路中调节阀F1接通供水段跨越管(11)直接输出，蓄热/换热模块(3)中的供水段/回水段换热管通过Fa、Fb接通回水回路、回水回路中调节阀F2动态调节对回水加热的流量比例。
5.根据权利要求2、3所述的一种用于供热系统的蓄热调峰装置，其特征在于：系统的工作状态为以下四种中的一种或多种的组合：
热平衡状态：当热源侧供给的热量与用户侧热负荷相当时，将调节阀F1接通供水段跨越管(11)，并且调节阀F2接通回水段跨越管(12)，此时不通过蓄热/换热模块(3)进行蓄热或换热；
放热+蓄热状态：当热源侧供给的热量高于用户侧热负荷时，控制系统根据供热量与用户侧热负荷差异对调节阀F1进行调整，使得供水段中部分或全部循环工质流经蓄热/换热模块(3)，为蓄热/换热模块(3)的蓄热体蓄热、并使得用户侧进水温度降低、从而降低用户侧散热能力；并且调节阀F2接通回水段跨越管(12)，使得回水段不通过蓄热/换热模块(3)换热，而是通过回水段跨越管(12)直接回流；
强化放热状态：当热源侧供给的热量低于用户侧热负荷时，调节阀F1接通进水段跨越管，使得进水段不通过蓄热/换热模块(3)换热，而是通过进水段跨越管(11)直接输出；并且根据供热量与用户侧热负荷差异的大小对调节阀F2进行调整，使得回水段中部分或全部循环工质流经蓄热/换热模块(3)，从蓄热/换热模块(3)的蓄热体中吸取热量、使得回水段的回水温度提高、从而提升系统的供热量；
内循环状态：当热源侧中断热量供给时，由蓄热/换热模块(3)中的蓄热体作为热源，当供水段和回水段属于相互连通的同一级回路时，调节阀F1接通供水段换热管(1)，供水段完全通过蓄热/换热模块(3)对循环工质进行加热，并且调节阀F2接通回水段换热管(2)，回水段完全通过蓄热/换热模块(3)对循环工质进行加热；当供水段和回水段不属于同一级回路时，只能以调节阀F2接通回水段换热管(2)，使得回水段完全通过蓄热/换热模块(3)对循环工质进行加热。
6.一种用于供热系统的蓄热调峰装置，其特征在于：该装置包括蓄热/换热模块(3)、热源侧换热管(4)、用户侧换热管(5)，其中：
蓄热/换热模块(3)至少分为两个模块，即第一换热模块和第二换热模块，第一换热模块和第二换热模块中都设有蓄热体，第一换热模块和第二换热模块为串联结构或并联结构，即热源侧换热管(4)以串联或并联的结构分别通过第一换热模块和第二换热模块；同时，用户侧换热管(5)也以串联或并联的结构分别通过第一换热模块和第二换热模块；
所述蓄热体采用相变蓄热材料，其中第一换热模块中的蓄热体的相变温度Tx1高于第二换热模块中的蓄热体的相变温度Tx2；
在热源侧换热管(4)上设置一个或一组热源侧调节阀F3和供水段跨越管(11)，用于分配热源侧循环工质进入第一换热模块和第二换热模块的流量；在用户侧换热管(5)上设置一个或一组用户侧调节阀F4和回水段跨越管(12)，用于分配用户侧循环工质进入第一换热模块和第二换热模块的流量；
当供热系统设定的热源侧供水温度Tg1和热源侧回水温度Th1发生变化时，通过热源侧调节阀调整热源侧循环工质进入第一换热模块和第二换热模块的流量比例、以维持热源侧回水温度Th1的稳定；此时第一换热模块和第二换热模块中的蓄热体蓄热比例存在差异；应通过用户侧调节阀同步调整用户侧循环工质进入第一换热模块和第二换热模块的流量比例，从而均衡使用第一换热模块和第二换热模块中的蓄热体蓄存的热量。
7.根据权利要求6所述的一种用于供热系统的蓄热调峰装置，其特征在于：热源侧换热管(4)与用户侧换热管(5)在蓄热体中处于邻近位置、或为交错排布，便于直接换热、以增加换热量。
8.根据权利要求6所述的一种用于供热系统的蓄热调峰装置，其特征在于：在第二换热模块的蓄热体上设置散热片和风机，由风机带动室内空气与蓄热体进行热交换，释放第二换热模块中储存的热量、提升室内温度。
9.根据权利要求1、6所述的一种用于供热系统的蓄热调峰装置，其特征在于：在系统中设置电加热器与蓄热/换热模块(3)配合使用，当热源(1)中断或终止供热时，以电加热器作为辅助热源。
10.根据权利要求1、6所述的一种用于供热系统的蓄热调峰装置，其特征在于：在蓄热/换热模块(3)的蓄热体中设置生活热水热换热管，生活热水热换热管连接生活热水系统，吸取蓄热/换热模块(3)中存储的热量对生活热水进行加热。
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Effective date of registration: 20190917 Address after: 210031 Unvisited Space A01, 396 Binjiang Avenue, Pukou District, Nanjing City, Jiangsu Province Applicant after: Nanjing Kulang Electronic Co., Ltd. Address before: Longpan road Xuanwu District of Nanjing city Jiangsu province 210037 Hsinchuang garden building 604 room 5 Applicant before: Zhu Jie |
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP02 | Change in the address of a patent holder |
Address after: No.396 Binjiang Avenue, Jiangbei new district, Nanjing City, Jiangsu Province Patentee after: Nanjing Kulang Electronic Co., Ltd. Address before: 210031 Unvisited Space A01, 396 Binjiang Avenue, Pukou District, Nanjing City, Jiangsu Province Patentee before: Nanjing Kulang Electronic Co., Ltd. |
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| CP02 | Change in the address of a patent holder |